Bài giảng Tính toán lượng không khí cho công trình

Baøi giaûng moân “Kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi”- Thaïc syõ Laâm Vónh Sôn 1 CHÖÔNG 3 TÍNH TOAÙN LÖÔÏNG KHOÂNG KHÍ CHO COÂNG TRÌNH III.1. TÍNH TOAÙN NHIEÄT III.1.1. Phöông trình caân baèng nhieät ñoä cuûa nhaø Xöôûng ∆Q = ΣQt - ΣQtt. Trong ñoù: + ∆Q : Löôïng nhieät thöøa. + ΣQt : Nhieät ñoä Xaâm nhaäp vaøo phoøng. + ΣQtt : Löôïng nhieät toån thaát trong phoøng. III.1.2. Nhieät ñoä tính toaùn cuûa khoâng khí III.1.2.1. Nhieät ñoä ngoaøi trôøi - Muøa noùng: Nhieät ñoä trung bình cao nhaát trong naêm (tttng) ñöôïc cho vaøo luùc 13 → 14h ( thaùng 6 hoaëc thaùng 7), (laáy trong baûng ôû traïm khí löôïng thuûy vaên). - Muøa laïnh: töø 6 → 7h (nhaát laø thaùng 1) nhieät ñoä laïnh nhaát. III.1.2.2. Nhieät ñoä trong nhaø - Muøa noùng: Ttttr = tttng + (2 ÷ 5)0C - Muøa laïnh: ttttr = 18 ÷ 200C III.1.3. Tính toaùn löôïng nhieät Xaâm nhaäp vaøo phoøng III.1.3.1. Löôïng nhieät toûa ra do ngöôøi: Phuï thuoäc vaøo caùc yeáu toá: Nhieät ñoä trong phoøng, tính chaát cuûa quaàn aùo, vaän toác chuyeån ñoäng cuûa khoâng khí vaø cöôøng ñoä laøm vieäc (Xem baûng 3 – 1). BAÛNG 3-1. Soá löôïng nhieät, aåm (g/h) toûa ra do ngöôøi lôùn tuoåi Ñaïi löôïng Soá löôïng nhieät (kcal/h), aåm (g/h) khi nhieät ñoä KK trong phoøng 0C 10 15 20 25 30 35 ÔÛ traïng thaùi yeân tónh + Nhieät: Hieän 120 100 75 50 35 10 Kín 20 25 25 30 45 70 Toaøn phaàn 140 125 100 80 80 80 + Aåm: 30 40 40 50 75 115 Laøm vieäc trí oùc + Nhieät: Hieän 120 100 80 50 35 10 Kín 20 25 40 70 85 110 Toaøn phaàn 140 125 120 120 120 120 + Aåm: 30 40 70 105 140 195 Laøm vieäc vaät lyù nheä nhaøng Baøi giaûng moân “Kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi”- Thaïc syõ Laâm Vónh Sôn 2 + Nhieät: Hieän 130 105 85 55 35 5 Kín 25 30 45 70 90 120 Toaøn phaàn 155 135 130 125 125 125 + Aåm: 40 55 75 115 150 200 Khi laøm vieäc naëng trung bình + Nhieät: Hieän 140 115 90 60 35 5 Kín 45 65 85 110 135 165 Toaøn phaàn 185 180 175 170 170 170 + Aåm: 70 110 140 185 230 280 Khi laøm vieäc naëng + Nhieät: Hieän 120 140 110 80 45 10 Kín 80 110 140 170 205 240 Toaøn phaàn 250 250 250 250 250 250 + Aåm: 135 185 240 295 355 415 Trong ñoù: - βc : Heä soá keå ñeán cöôøng ñoä laøm vieäc + βc = 1 (Coâng vieäc nheï). + βc = 1.07 (Coâng vieäc trung bình). + βc = 1.15 (Coâng vieäc naëng). - βA : Heä soá keå ñeán aûnh höôûng cuûa quaàn aùo. + βA = 0.65 :aùo quaàn bình thöôøng. + βA = 0.4 : ñoái vôùi aùo quaàn aåm. + tp : nhieät ñoä khoâng khí trong phoøng. III.1.3.2. Löôïng nhieät toûa ra do chieáu saùng: QCS = aF Trong ñoù: - a: Tieâu chuaån toûa saùng (W/m2). a = E qcs ηc/s - F: Dieän tích maët saøn cuûa phoøng (m2). QCS = E F qcs ηc/s. Trong ñoù: - E :Ñoä chieáu saùng (lyc).(Ñeøn huyønh quang 300, ñeøn bình thöôøng 200). - q :Löôïng nhieät toûa ra treân ñôn vò dieän tích khi E = 1lyc (0.05 ÷ 0.03 ñeøn huyønh quang; 0.13 ÷ 0.25 ñeøn daây toùc…). - ηc/s :Hieäu suaát nhieät toûa vaøo phoøng (0.5 ñeøn huyønh quang ; 0.85 ñeøn daây toùc). III.1.3.3. Löông nhieät toûa ra do ñoäng cô Q = Nµ Trong ñoù: ( )( )pkACh tvQ −+= 353.105.2ββ Baøi giaûng moân “Kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi”- Thaïc syõ Laâm Vónh Sôn 3 - Heä soá µ : µ = ϕ1ϕ2ϕ3 (1 - η + ϕ4η). + ϕ1 : heä soá söû duïng coâng suaát (0.7 ÷ 0.9) + ϕ2 : heä soá taûi troïng thöôøng nhaän (0.5 ÷ 0.8) + ϕ3 : heä soá laøm vieäc ñoàng thôøi cuûa caùc ñoäng cô (0.5 ÷1). + ϕ4 : heä soá chuyeån töø cô naêng ñeán nhieät naêng + η : hieäu suaát ñoäng cô (0.75 → 0.92). Tính toaùn nhanh nhaän µ = 0.4 (40% nhieät ñoä ñoäng cô toûa ra moâi tröôøng beân trong). Qñc = N (1 - η) η : hieäu suaát ñoäng cô (0.75 ÷ 0.92). III.1.3.4. Löôïng nhieät toûa ra do ñoát nhieân lieäu: Q = ηQct Gnt Trong ñoù: + Gnt : löôïng nhieân lieäu ñoát chaùy trong 1 giôø. + Qct : nhieät trò thaáp cuûa nhieân lieäu ñöôïc tra baûng nhieät trò cuûa nhieân lieäu hay theo coâng thöùc Mendelep. + Quaù trình ñoát chaùy cuûa nhieân lieäu ñöôïc bieåu thò baèng η (0.9 ÷ 0.97). III.1.3.5. Löôïng nhieät toûa ra töø saûn phaåm - Saûn phaåm khi laøm nguoäi coù traïng thaùi chuyeån pha. Q = [ Cd (td – tn/c) + inc + CR (tnc - tc)] G. Trong ñoù: + Cd ,CR : Laø nhieät dung rieâng cuûa vaät lieäu ôû traïng thaùi loûng vaø raén. + td, tc, tn/c : Laø nhieät ñoä töông öùng vôùi traïng thaùi ñaàu vaø cuoái vaø chuyeån bieán pha (noùng chaûy) cuûa vaät lieäu. + G: khoái löôïng vaät lieäu (kg) ñöa vaøo laøm vieäc trong thôøi gian 1 giôø. - Ñoái vôùi saûn phaåm laøm nguoäi khoâng coù traïng thaùi thay ñoåi. Q = C (tñ - tc) G. III.1.3.6. Löôïng nhieät toûa ra töø thieát bò noùng. Q = αbm (tbm - tp) F tñ qnc tc tnc t0 T Baøi giaûng moân “Kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi”- Thaïc syõ Laâm Vónh Sôn 4 Trong ñoù: + tbm : nhieät ñoä beà maët thieát bò + tp : nhieät ñoä khoâng khí. + αbm : heä soá truyeàn nhieät giöõa beà maët vaø khoâng khí trong phoøng. + αbm = 10.44 W/m2.k , (nhieät ñoä thaáp) + αbm = 29 W/m2.k , (nhieät ñoä cao) III.1.3.7. Löôïng nhieät toûa ra töø loø nung: Q = k ( ttr – tXq ) F (w). Vôùi: + k: heä soá truyeàn nhieät (W/m2.K) Neáu coù nhieàu lôùp thì: + λ : Heä soá daãn nhieät (W/m.K) + αtr, αng: Heä soá trao ñoåi nhieät trong vaø ngoaøi. Khi coù nhieàu lôùp caùch nhieät ta coù theå boû qua thaønh phaàn . trong coâng thöùc (*) ngtr k ααλ δ 11 1 ++ = ∑ = +++ = n i ngtri i k 1 11 1 ααλ δ λ δ kbm v10=α (W/m2k2) (*) Daãn nhieät Truyeàn nhieät Ñoái löu tp t tr ngtr ααλ δ 11 ++ Baøi giaûng moân “Kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi”- Thaïc syõ Laâm Vónh Sôn 5 ( ) ngngng cn cn nh dd d lttQ piαpiλ 1ln 2 1 + − = d n g d c n l t t III.1.3.8. Löôïng nhieät toûa ra töø oáng daån: + αng = 8 + 0.04 th :heä soá trao ñoåi beà ngoaøi maët oáng III.1.3.9. Nhieät böùc Xaï maët trôøi: Nhieät böùc Xaï maët trôøi Xuyeân qua cöûa kính: Q = T1 X T2 X T3 X T X bbX X F Trong ñoù: + qbX: cöôøng ñoä böùc Xaï maët trôøi ñöôïc tính baèng thôøi ñieåm tính toaùn. + F: dieän tích cuûa cöûa kính + T1: tính ñeán ñoä trong suoát cuûa kính ( moät lôùp kính: T1 = 0.9 ; 2 lôùp T1 = 0.81) + T2: heä soá ñoä baån cuûa kính (1 lôùp: 0.8 ;2 lôùp: 0.7 ; kính nghieân moät lôùp 0.65). + T3: heä soá keå ñeán möùc ñoä che khuaát cuûa caùnh cöûa (soá lieäu saùch trang 32 ; Thoâng gioù vaø kyõ thuaät Xöû lyù khi). + T4: heä soá tính ñeán che khuaát cuûa taám che naéng • OÂvang 0.45, • Laù saùch 0.1 • Sôn traéng ñuïc: 0.65 ÷ 0.8. • Kính nhaùm: 0.3 • Reøm che naéng phía ngoaøi cöûa : 0.7 • Phía trong cöûa : 0.4… III.1.3. Nhieät tieâu hao: - Toån thaát nhieät qua keát caáu phoøng. Q = k X F X ∆t X t Trong ñoù: + ∆tt:hieäu nhieät giöõa trong vaø ngoaøi nhaø ∆ttt = (ttttr - tttng)Ψ khng vt 6.004.08 ++=α Baøi giaûng moân “Kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi”- Thaïc syõ Laâm Vónh Sôn 6 + ttttr, tttng : Nhieät tính toaùn cuûa khoâng khí beân trong vaø beân ngoaøi nhaø +Ψ : Heä soá keå ñeán vò trí töông ñoái cuûa keát caáu bao che so vôùi khoâng khí ngoaøi trôøi: Traàn haàm maùi (0.75 – 0.9) ; Saøn taàng treät (0.4 – 0.6) - Toån thaát nhieät khaùc : löôïng nhieät tieâu hao do phöông höôùng. Höôùng nhaø coù khaû naêng laøm taêng söï trao ñoåi nhieät ñoä giöõa beà maët töôøng vôùi khoâng khí Xung quanh - Boå sung phaàn traêm thaát thoaùt nhieät ñoä naøo ñoù Q = Q0 (1 + %) III.1.4. Nhieät vaø aåm Xaâm nhaäp vaøo phoøng: III.1.4.1. Töø beà maët nöôùc töï do - Nhieät hieän Q = F (5.71 + 4.06 vk) ( tn – tp) ; (W) - Nhieät kín. Q = W X Ih Trong ñoù: + W: löôïng nöôùc bay hôi : W = (a + 0.0174 vk)(P2 – P1)F + Ih: entapi cuûa hôi: Ih = 2500 + 1.8 tn (kj/kg) + a: heä soá linh ñoäng cuûa khoâng khí treân beà maët chaát loûng (phuï thuoäc nhieät ñoä) T0C a ngi i tr k λλ δ α 11 1 ++ = ∑ B T N Ñ 10% 10% 5% 0% Ñ T TN Ñ 10% 10% 5% 0% Baøi giaûng moân “Kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi”- Thaïc syõ Laâm Vónh Sôn 7 T< 30 30 – 40 50 60 70 80 90 100 0.022 0.028 0.033 0.037 0.041 0.046 0.051 0.06 + P1 : AÙp suaát hôi nöôùc trong khoâng khí Xung quanh + P2 : AÙp suaát rieâng phaàn hôi nöôùc treân beà maët nöôùc III.1.4.2. Khi röûa thieát bò: Trong ñoù: + Gn : Löu löôïng nöôùc röûa + tñ , tc: Nhieät ñoä ñaàu vaø cuoái nöôùc röûa III.1.4.3. Do roø ræ hôi nöôùc: - Nhieät toaøn phaàn Q = 2 10-2 Gh X Ih (KJ/kg) - Ngoaøi ra W = β (Chbm - ChXq) F Tong ñoù: ChXq = P1 + β : Heä soá truyeàn khoái giöõa hôi nöôùc vaø beà maët Xung quanh ñöôïc Xaùc ñònh qua chuaån soá NuXen truyeàn khoái (Tra baûng soå tay) III.2. XAÙC ÑÒNH LÖÔÏNG KHÍ ÑOÄC HAÏI XAÂM NHAÄP VAØO NHAØ XÖÔÛNG ( )     − = h kgttGW cdn 585 2 3 273 1016.2 P t PChbm = + = − D P kkrd υ = kk kk kk ρ µ υ = rdud PD LN 5.0Re 2 12 +== β µ ρ Lv k =Re Baøi giaûng moân “Kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi”- Thaïc syõ Laâm Vónh Sôn 8 III.2.1. Xaùc ñònh löôïng chaát ñoäc haïi sinh ra töø thieát bò laøm vieäc döôùi aùp suaát: Trong ñoù: + ρ1 : Khoái löôïng rieâng khoâng khí trong thieát bò + ρ2 : Khoái löôïng rieâng khoâng khí ngoaøi thieát bò + k : Tyû leä Cp / Cv - Khi ∆p < 2500 Pa (≈ 255 kg/m2). (Sai soá ≤ 0.5% ) - 2500 < ∆p < 20.000 (≈ 2040 kgt/m2). (Sai soá ≤ 5% ) - ∆p > 20.000 Pa. Löu löôïng khí roø ró G = µ.f.v Trong ñoù: + f : tieát dieän toång coäng + µ : heä soá löu löôïng. Ngoaøi ra: Trong ñoù: 2 2 22 21 vPP ρ+= k p p 1 2 1 2 1       = ρ ρ 2 2 ρ ∆Ρ =v                 − − = − k k k k v 1 1 2 2 1 1 1 2 ρ ρ ρ ρ T M vcDG = ( ) PPPv ∆=−= 2 21 2 2 22 ρρ Baøi giaûng moân “Kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi”- Thaïc syõ Laâm Vónh Sôn 9 + c : Heä soá phuï thuoäc aùp suaát (baûng 3.2) Baûng 3.2. Trò soá cuûa heä soá C at < 2 2 7 17 41 161 401 1001 Aùp suaát 105P a < 1.96 1.96 6.9 15.7 40 156 393 981 Heä soá C 0.121 0.166 0.182 0189 0.152 0.298 0.31 0.37 + v : theå tích beân trong cuûa thieát bò + M : khoái löôïng phaân töû trong khoái + D : heä soá döï tröõ (1;2) III.2.2. Xaùc ñònh löôïng chaát ñoäc haïi sinh ra töø thieát bò laøm vieäc ôû aùp suaát aâm. - Khi ∆p > 1000 Pa → thieát bò laøm vieäc vôùi aùp suaát chaân khoâng. - ∆p < 1000 Pa. + Khi C0 ≥ 105c (C0: Noàng ñoä khí ñoäc haïi beân trong) ⇒ Söï roø ró maïnh. + Khi aùp suaát (-): töø 40 ÷ 60 pa → löôïng khí roø ró töø 70gcal/h. Ñeå ñaûm baûo ñöôïc khí thoâng thoaùng ta duøng thieát bò coù coâng suaát 70.000 km3/h (toán chi phí cao). Caùc coâng thöùc Xaùc ñònh khí roø ró. a) Ñoái vôùi khe raõnh daïng gaàn troøn: Trong ñoù: + a: kích thöôùc trung bình cuûa khe raõnh (g/m3) + f: m2 (dieän tích khe raõnh) + C0 : g/m3 + v: vaän toác khí trong khe raõnh + D : m3/s (heä soá khuyeách taùn) b) Khe raõnh hình chöõ nhaät • Xaùc ñònh löôïng chaát ñoäc haïi sinh ra töø choå noái truïc quay. 2 2 0 av DCfG= 2 2 0 2 1 av DCfG= Ρ= BdG pi Baøi giaûng moân “Kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi”- Thaïc syõ Laâm Vónh Sôn 10 Trong ñoù: + G:löôïng khí roø ró. + d: ñöôøng kính truïc (mm) + p: aùp suaát dö (p1 – p2) , (at, kg/cm2) + B: heä soá thöïc nghieäm
Ñoái vôùi saûn phaåm daàu moû coù tính aên moøn cao: B = 5
Xaêng ,daàu hoûa: B = 2.5
Noái dicdaêc Trong ñoù: + f: Dieän tích cuûa khe roø (cm2) + P1, P2 : Laø aùp löïc tröôùc vaø sau lôùp ñeäm khuaát khuùc, at + n: Soá buoàng khuaát khuùc + ρ: Khoái löôïng rieâng cuûa khí ñoäc haïi, kg/m3. III.2.3. Xaùc ñònh löôïng chaát ñoäc haïi thoaùt ra töø beà maët dung dòch töï do: G = M (0.000352 + 0.000786 v).P.E (kg/h). Trong ñoù: + P: AÙp suaát hôi baûo hoøa treân beà maët töông öùng vôùi nhieät ñoä cuûa dung dòch (tra baûng 3.3) + M:Khoái löôïng phaân töû töông ñoái cuûa dòch bay hôi + F: Dieän tích beà maët bay hôi. + v: Vaän toác chuyeån ñoäng cuûa khoâng khí treân beà maët dòch + G: Löu luôïng khoái löôïng dung dòch bay hôi, Baûng 3.3. AÙp suaát hôi baõo hoøa P cuûa moät soá dòch khi td =200C Loaïi dòch P.Pa (mmHg) Loaïi dòch P.Pa (mmHg) EÂte 5720 Röôïu Amyl, clo benzen 532 (4) AXeton 3720 Anilin, nitrobenzen 40 (0.3) Röôïu eâtyl, Benzen 2000 Thuûy ngaân 0.16 (0.0012) Ñicôloetan III.2.4. Xaùc ñònh löôïng dung moâi bay hôi: Trong ñoù: g n fG ..10 1 2 2 2 1 ρ Ρ Ρ−Ρ = 100 mFAG = Baøi giaûng moân “Kyõ thuaät xöû lyù khí thaûi”- Thaïc syõ Laâm Vónh Sôn 11 + A: löôïng vaät lieäu sôn tính cho 1m2 beà maët thaønh phaåm (g/m2) + m: haøm löôïng dung moâi deå bay hôi trong vaät lieäu %. + F: dieän tích beà maët thaønh phaåm caàn sôn trong 1 giôø, (m2/h) (A vaø m cho trong baûng 3.4 ) Baûng 3.4. Löôïng vaät lieäu sôn cho moät lôùp thaønh phaåm A vaø haøm löôïng dung moâi (m) trong noù Vaät lieäu Phöông phaùp sôn A,g/m2 m, % Sôn maùy bay khoâng maøu Baøn chaûi, buùt loâng 200 92 Chaát gaén nitroâ Baøn chaûi, buùt loâng 100 -180 35 – 10 Keo nitro Baøn chaûi, buùt loâng 160 80 – 5 Sôn maùy bay coù maàu vaø traùng men Phun 180 75 Sôn daàu vaø traùng men Phun 60 - 90 35 III.2.5. Xaùc ñònh khí sinh ra do ñoát nhieân lieäu: GK = Gn . gk Trong ñoù: + Gk: Löu löôïng khoái löôïng khí toûa ra khi ñoát chaùy nhieân lieäu (kg/h). + Gn: Löu löôïng khoái löôïng cuûa nhieân lieäu chaùy (kg/h). + gk : Khoái löôïng saûn phaåm chaùy tính cho 1kg nhieân lieäu (kg/kg). (Xem baûng 3.5). • Phöông phaùp Xaùc ñònh löôïng khí ñoäc haïi baèng phöông phaùp ño ñaïc phaân tích thaønh phaàn khoâng khí. Trong ñoù: + G: Löu löôïng khoái löôïng cuûa khí Xaâm nhaäp vaøo phoøng (kg/h) + V: Theå tích cuûa phoøng (m3) + X1,X2 : Töông öùng laø noàng ñoä ban ñaàu vaø cuoái cuûa khí ñoäc haïi coù trong khoâng khí cuûa phoøng (mg/m3) . + L: Löu löôïng khoâng khí thoâng gioù cho phoøng (m3/h) + Xv , XR : Noàng ñoä khí ñoäc haïi coù trong khoâng khí vaøo vaø ra khoûi phoøng (mg/m3). + t: Thôøi gian thöû nghieäm ( ) ( ) t tLVG vR6 12 10 χχχχ −+− =